| Па |
§3.4. Определение шага и числа лопаток в турбинных решетках
Многочисленные экспериментальные данные показывают, что КПД решетки (учитывающий только профильные потери) зависит от величины относительного шага решетки 
. Оптимальный относительный шаг решетки колеблется в пределах 0,55…0,65 и зависит от режимных и геометрических параметров профиля и решетки, таких как углы на входе в решетку и выходе из нее, толщины выходной кромки и профиля, скорости потока на входе и др.
По выбору оптимального шага турбинной решетки широкое распространение получила формула :
,
где 
– относительная толщина профиля.
Можно воспользоваться формулой, предложенной и , которая при определенных условиях дает согласованные данные с формулой , но учитывает большее число параметров, влияющих на величину оптимального шага
,
где 
– относительный оптимальный шаг решетки (для неохлаждаемого варианта), 
– относительный оптимальный шаг решетки при нулевой толщине выходной кромки:
– для 
– для 
,
где 
– для рабочих лопаток;
– для сопловых лопаток;
– угол поворота потока в рабочей решетке (в радианах);
– то же самое в сопловых решетках.
Поправочный коэффициент 
, учитывающий влияние режима работы ступени
,
где 
– для сопловой решетки;
– для рабочей решетки.
Значение 
и 
определены ранее (см. §3.3), а приведенная теоретическая скорость в относительном движении на выходе из рабочего колеса
.
Поправочный коэффициент 
, учитывающий толщину выходной кромки
,
где 
– относительная толщина выходной кромки;
b – хорда профиля;
– радиус выходной кромки;
– для неохлаждаемых рабочих лопаток;
– для неохлаждаемых сопловых аппаратов.
Хорда профиля определяется из соотношения ширины решетки (S) и угла установки профиля 
. Ширина рабочих и сопловых решеток определены ранее (см. §3.1).
Угол установки профиля в решетке для средних и периферийных сечений рабочих лопаток приблизительно совпадает с направлением среднегеометрической скорости на входе и выходе из решетки, т. е. 
, где 
– угол наклона среднегеометрической скорости 
к фронту решетки.
Для средних сопловых и корневых сечений рабочих лопаток это равенство не выдерживается.
Для корневых сечений рабочих лопаток
.
Для сопловых лопаток при 
.
 |
Для определения
можно воспользоваться статистическими данными, приведенными на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Зависимость угла установки профиля в решетке от разности входных и выходных углов профиля
Кривая на рис. 3.3 хорошо описывается полиномом
.
Тогда хорда решетки определяется
.
Шаг решетки 
. Для охлаждаемых решеток 
, где для сопловых решеток 
, а для рабочих решеток 
.
Число лопаток в решетках
Усредняем z до целого числа в сторону уменьшения. У рабочих коле z должно быть четным числом для облегчения балансировки ротора. После осреднения уточняется шаг решетки 
.
Необходимо проверить шаг у корня рабочей решетки
.
При 
шаг должен быть 
.
При 
шаг 
.
Если 
получается по расчету меньше этих величин, то шаг на среднем диаметре задается конструктивно
.
Следует отметить, что при отклонении шага от оптимального значения, средний угол выхода газа из решетки возрастет.
Глава IV. Предварительный расчет турбовентилятора ТРДД
Как отмечалось во введении, наружный диаметр вентилятора в ТРДД определяет диаметральные размеры двигателя в целом. В этом случае, определяющим фактором является выбор окружной скорости на периферийном диаметре вентилятора. Поэтому формирование проточной части турбовентилятора целесообразно начинать с предварительного расчета вентилятора и дальнейшего согласования выбранной окружной скорости на наружном диаметре вентилятора с допустимым напряжением в рабочих лопатках турбины вентилятора.
§4.1. Предварительный расчет вентилятора
Предварительный расчет вентилятора включает определение геометрических размеров меридионального сечения проточной части вентилятора, выбор числа ступеней, и распределение затраченных напоров по ступеням, обеспечивающих заданную степень повышения давления в вентиляторе 
. Некоторые параметры вентилятора к началу данного расчета уже известны из расчета компрессора газогенератора. Порядок расчета следующий.
1. Выбирается приведенная скорость потока на входе в вентилятор.
С точки зрения уменьшения диаметральных габаритов вентилятора, а, следовательно, и всего двигателя, особенно у ТРДД с большой степенью двухконтурности, целесообразно выбирать 
в пределах 
. В примере выбираем 
.
2. Относительный диаметр втулки первой ступени вентилятора существующих ТРДД составляет 
. С уменьшением 
увеличивается производительность компрессора, но снижается работа, передаваемая воздуху в первой ступени, не обеспечивается постоянство напора по высоте лопатки из-за значительной разницы окружных скоростей втулочных и периферийных сечений. Это обстоятельство, а также возможность получить оптимальное число ступеней турбины вентилятора, приводит иногда к необходимости постановки подпорных ступеней (см. §.4.2).
В примере выбираем 
.
3. Наружный диаметр первой ступени вентилятора.
,
где 
;
(см. §1.2 п.31);
;
(см. §1.2 п.5);
– по значению 
в табл. ГДФ.
4. Средний диаметр вентилятора на входе
.
5. Диаметр втулки вентилятора на входе
.
6. Отношение площадей кольцевых сечений входа и выхода вентилятора
,
где и 
для вентилятора обычно достаточно близки, поэтому для предварительной оценки отношения площадей можно принять 
;
, отсюда n = 1,498;
– температура на выходе из вентилятора, равная температуре на входе в компрессор газогенератора (см. §1.2 п.4).
7. Площадь кольцевого сечения на выходе из вентилятора
.
8. Выбор формы проточной части вентилятора.
Форма с 
имеет некоторое преимущество перед другими формами, т. к. более удачно удается скомпоновать узел вентилятора с компрессором газогенератора. Однако в примере выбрана форма с 
.
Ниже приводятся расчетные формулы и для форм проточной части с и 
.
9. Относительный диаметр втулки на выходе из вентилятора
при - 
;
при - 
;
при - 
.
10. Наружный диаметр на выходе из вентилятора в зависимости от выбранной формы проточной части
при - 
;
;
при - 
;
при 
- 
.
11. Диаметр втулки вентилятора на выходе
.
12. Число ступеней вентилятора определяется по величине затраченной работы 
(см. §1.2 п.3), по выбранным окружной скорости на наружном диаметре первого рабочего колеса 
и коэффициентам затраченного напора 
по ступеням компрессора (см. табл.2.1).
Значение окружной скорости в зависимости от типа вентилятора может лежать в следующих пределах: дозвуковая – 300
…360 ; трансзвуковая – 360…420 ; сверхзвуковая – 420…500.
В современных ТРДД = 1,5…1,55 удается получить при =380…400 , обеспечивая при этом КПД вентилятора 
= 0,86…0,88. При = 1,9 значение =490 , а = 0,82…0,84.
В дальнейшем при выборе 
и определении числа ступеней вентилятора следует иметь в виду, что современные двухвальные ТРДД имеют число ступеней вентилятора от 1 до 5. ТРДД со степенью двухконтурности m >4 имеет вентилятор, как правило, одноступенчатый с = 1,55…1,9. При m = 4 используются двухступенчатые вентиляторы, а при m = 0,15…1,0 – трехступенчатые. При этом ступени вентилятора выполняются с трансзвуковыми или сверхзвуковыми осевыми ступенями.
В нашем примере выбираем = 460. Удельная работа, затрачиваемая вентилятором, определена ранее и равна
.
Для формы проточной части 
, и сумма коэффициентов затраченного напора равна
.
Оценивается для проточной части потребное число ступеней. В соответствии с табл. 2.1 для выбранного типа вентилятора выбираем коэффициенты затраченного напора первой ступени 
0,23 и последней 
0,28. Тогда при 
0,255 число средних ступеней определяется
.
Округлять 
следует до ближайшего целого числа. При получении <0,5 следует взять =0 и сумму перераспределить между двумя ступенями.
Таким образом, для формы , чтобы удовлетворить заданию, вентилятор должен состоять из 2-х ступеней.
Если же выбирается форма проточной части с или , то, как известно, это приводит к снижению напорности вентилятора по сравнению со случаем . Поэтому следует проверить, не потребуется ли в этих условиях добавить еще одну ступень. Для этого строим по известным величинам 
и 
график (рис. 4.1) и определяем по нему наружные диаметры промежуточных ступеней.
Определяем необходимое дополнительное число ступеней, с тем, чтобы обеспечить заданную величину .
.
В случае если 
>0,5 и тем более близка к единице, следует увеличить число ступеней. При <0,5 можно сохранить ранее полученное число ступеней, но в любом случае необходимо скорректировать величину в допустимых пределах так, чтобы 
.
Корректировку удобно проводить в следующей последовательности (см. табл. 4.1).
Таблица 4.1
Рассчитываемые параметры
НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?
Реклама
Реклама на сайте, общая информация Контент-маркетинг Поддержите проект! Copyright © 2009-2026 Pandia. Все права защищены. Мнение редакции может не совпадать с мнениями авторов. Автоответчик: +7 495 7950139 228504 Написать письмо: [email protected] 
❮
❯
|